專利名稱：一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣浮隨動裝置，尤其是一種無慣性力影響的氣浮隨動裝置。
背景技術(shù)：
目前采用的吊掛方式是將重物(運(yùn)動件)通過吊掛繩直接吊掛在直線導(dǎo)軌上的滑塊上，滑塊跟著運(yùn)動件隨動。但在高精度測量 時，直線導(dǎo)軌與滑塊間的摩擦力會對運(yùn)動件的空間位置和運(yùn)動產(chǎn)生附加作用力的影響。另一方面，由于運(yùn)動件連接到滑塊上，滑塊及其它吊掛隨動部件都有質(zhì)量，在隨動部件跟隨運(yùn)動件運(yùn)動過程中會產(chǎn)生慣性力，該慣性力就會附加到運(yùn)動件上。為了實(shí)現(xiàn)長距離無摩擦運(yùn)動，專利申請?zhí)枮镃N 201010165536.0的“用于超長距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的無摩擦氣浮裝置”提供了一種用于超長距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的無摩擦氣浮裝置，該專利將軸向長距離無摩擦移動嫁接到一般運(yùn)動精度的滑塊導(dǎo)軌組件上，即可實(shí)現(xiàn)氣浮套在短氣浮軸隨運(yùn)動件作大位移移動。但是，帶來了新問題，兩個氣浮套與貯氣套組成的氣浮隨動裝置的質(zhì)量很大，在運(yùn)動件加速或減速運(yùn)動時，氣浮隨動裝置與其它吊掛隨動部件的慣性力影響不能忽略，此時僅僅被動跟隨不能滿足精密同步跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的要求，需要測量出跟隨誤差，設(shè)法去除該慣性力的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有氣浮隨動裝置的不能消除慣性力影響、控制精度較低的不足，本發(fā)明提供一種有效消除慣性力影響、控制精度較高的基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與各個氣浮套的進(jìn)氣口連通；所述貯氣套上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動件吊裝在所述吊掛繩上；所述氣浮隨動裝置還包括用于檢測吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的傾角傳感器和用于抵消慣性力影響的空氣噴嘴，所述傾角傳感器安裝在吊掛繩上；所述空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。進(jìn)一步，所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺固定連接，所述滑臺連接到長距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對光柵尺。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在運(yùn)動前對傾角傳感器清零，氣浮隨動裝置與運(yùn)動件跟隨一致時，吊掛繩與貯氣套垂直，此狀態(tài)下傾角傳感器沒有讀數(shù)。如果運(yùn)動件沿直線導(dǎo)軌方向加速或減速運(yùn)動(啟動或停止)時，由于氣浮隨動裝置的質(zhì)量較大，跟隨運(yùn)動過程中雖然沒有摩擦力的影響，卻不可避免的要受到自身慣性力的影響，出現(xiàn)滯后或超前，不能一致跟隨，此狀態(tài)下吊掛繩與貯氣套不再保持垂直，而是出現(xiàn)傾斜，設(shè)此傾斜角度為α。詳見附圖
2。當(dāng)光柵尺檢測到的安裝座與貯氣套的相對位移為零時，裝在吊掛繩上的傾角傳感器可以靈敏地測出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器，嵌入式微處理器根據(jù)慣性力計算公式(詳見公式3)，計算出需要補(bǔ)償?shù)膽T性力方向和大小，選擇開啟安裝座左端還是右端的噴嘴，并且通過PID算法直接計算出噴嘴開啟的大小，具體通過控制連接到噴嘴的比例閥來實(shí)現(xiàn)，最終由其中的一個(或一組)空氣噴嘴對貯氣套產(chǎn)生與慣性力大小相等、方向相反的力，使由兩個氣浮套與貯氣套構(gòu)成的氣浮隨動裝置與運(yùn)動件一致跟隨，即減小吊掛繩的傾角α，最終使吊掛繩與貯氣套重新保持垂直?？刂葡到y(tǒng)原理詳見附圖3。本發(fā)明很好的解決了氣浮隨動裝置的質(zhì)量變大，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡單忽
略，進(jìn)而單純靠被動跟隨不能同步運(yùn)動的問題。本發(fā)明通過嵌入式微處理器控制空氣噴嘴產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使氣浮隨動裝置主動跟隨運(yùn)動件運(yùn)動，達(dá)到減小氣浮隨動裝置自身慣性力影響的目的。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)氣浮隨動裝置在短氣浮軸上根據(jù)運(yùn)動件吊點(diǎn)位置作長距離無摩擦隨動，將軸向長距離無摩擦移動嫁接到一般運(yùn)動精度的滑臺導(dǎo)軌組件上，通過光柵尺檢測貯氣套位置，由主動控制電機(jī)等驅(qū)動源控制滑臺移動，保證貯氣套與安裝座的相對位移為零，這樣就能夠保證運(yùn)動件在長距離移動情況下始終保持無摩擦。但是由于增加了氣浮隨動裝置的質(zhì)量，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡單忽略，單純靠被動跟隨不能一致跟隨。本專利根據(jù)傾角傳感器測得的吊掛繩傾斜角度值，由嵌入式微處理器控制空氣噴嘴產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使氣浮隨動裝置主動跟隨運(yùn)動件運(yùn)動，達(dá)到同步跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的目的。


圖I是一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。圖2是氣浮隨動裝置不一致跟隨時吊掛繩傾斜角度示意圖。圖3是氣浮隨動裝置慣性力補(bǔ)償方法的同步跟隨控制圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖f圖3，一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置，包括氣浮軸10和氣浮套2，所述氣浮套2套裝在所述氣浮軸10上，所述氣浮套2有兩個，所述氣浮套2均與貯氣套I密封連接，所述安裝座8裝在所述氣浮軸10兩端，所述貯氣套I與所述氣浮套2構(gòu)成氣浮隨動裝置，所述氣浮隨動裝置與運(yùn)動件13隨動。所述長距離直線導(dǎo)軌6安裝在工字梁14兩側(cè)，工字梁14上安裝滑臺5，所述滑臺5與所述安裝座8固定連接。所述貯氣套I與氣浮軸10之間為貯氣腔，所述氣浮軸10的軸心開有進(jìn)氣通道，連接主供氣管7，并與所述貯氣腔連通。所述貯氣腔設(shè)有出氣口，通過連接氣管15與各個氣浮套2的進(jìn)氣口連通。氣浮套與貯氣套間通過O型圈對貯氣套密封。
所述位置傳感器光柵尺3安裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭4裝在安裝座中間位置，用以判斷氣浮隨動裝置偏離氣浮軸中間位置是否達(dá)到設(shè)定值。所述空氣噴嘴9安裝在所述安裝座8上，所述傾角傳感器及信號轉(zhuǎn)換發(fā)射裝置裝在吊掛繩上。本實(shí)施例中，當(dāng)運(yùn)動件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向短距離移動時，隨即拖動貯氣套I與氣浮套2構(gòu)成的氣浮隨動裝置在氣浮軸10上軸向移動。當(dāng)位置傳感器光柵尺3檢測到貯氣套與安裝座的相對位移大于設(shè)定值后，主動控制電機(jī)16控制滑臺5移動，移動方向與貯氣套I運(yùn)動方向相同，從而保證運(yùn)動件始終位于氣浮軸10的中間位置。對于長距離移動的場合，通過主動驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動滑臺移動，由于氣浮套與氣浮軸之間無摩擦運(yùn)動的特性，滑臺的移動過程并不對氣浮套和貯氣 套及運(yùn)動件的空間位置及運(yùn)動造成影響。參照附圖2、3，當(dāng)運(yùn)動件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向移動時，由于氣浮隨動裝置的質(zhì)量較大，拖動氣浮隨動裝置移動時不能忽略慣性力的影響，如果氣浮隨動裝置不能一致跟隨，則吊掛繩不再垂直于貯氣套1，設(shè)傾斜角度為α，詳見附圖2。裝在吊掛繩上的傾角傳感器可以靈敏地測出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器根據(jù)慣性力計算公式(詳見公式3)計算出需要補(bǔ)償?shù)膽T性力大小和方向，根據(jù)慣性力的方向決定開啟安裝座左端還是右端的噴嘴，并且通過PID算法直接計算出噴嘴開啟的大小，具體通過控制連接到噴嘴的比例閥來實(shí)現(xiàn)，最終由其中的一個(或一組)空氣噴嘴對貯氣套產(chǎn)生與慣性力大小相等、方向相反的力，使由兩個氣浮套與貯氣套構(gòu)成的氣浮隨動裝置與運(yùn)動件一致跟隨，即減小吊掛繩的傾角α，最終使吊掛繩與貯氣套重新保持垂直。控制系統(tǒng)原理詳見附圖3。這樣就達(dá)到了通過角度采樣值控制連接空氣噴嘴的比例閥，實(shí)現(xiàn)提供精確的補(bǔ)償力。
權(quán)利要求
1.一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與各個氣浮套的進(jìn)氣口連通；所述貯氣套上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動件吊裝在所述吊掛繩上；其特征在于所述氣浮隨動裝置還包括用于檢測吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的傾角傳感器和用于抵消慣性力影響的空氣噴嘴，所述傾角傳感器安裝在吊掛繩上；所述空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置，其特征在于所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺固定連接，所述滑臺連接到長距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對光柵尺。
全文摘要
一種基于噴嘴噴力補(bǔ)償?shù)臒o慣性力影響的氣浮隨動裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，氣浮套套裝在氣浮軸上，氣浮套有兩個，氣浮套均與貯氣套密封連接，貯氣套上套裝吊掛繩，運(yùn)動件吊裝在吊掛繩上；傾角傳感器安裝在吊掛繩上，空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。本發(fā)明有效消除慣性力影響、控制精度較高。
文檔編號F16C32/06GK102817912SQ20121028041
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝, 袁巧玲 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)